发酵参数与控制.ppt

发酵工艺参数控制 微生物的培养方式 发酵条件的影响及控制 微生物培养方式 微生物培养方式 1、分批发酵 一些微生物的典型μmax值 1、分批培养 1、分批培养 微生物培养方式 微生物的培养方式 微生物的培养方式 微生物的培养方式 发酵条件影响及控制 1、基质浓度 2、灭菌情况 3、种子质量 4、温度 5、pH值 6、溶解氧 1、基质浓度 发酵培养基对发酵生产非常重要。用于生产贵重商品的培养基的配方一般都不发表，为公司机密。先进的培养基组成是支持高产、稳产和经济的发酵过程的关键因素之一。 基质浓度对产物形成也有影响。培养基过于丰富，会使菌体生长过盛，发酵液变得很粘稠，传质状况变差，对产物合成不利。如酵母生长在高糖浓度下，即使氧气充足，还是会进行无氧发酵而生产乙醇。 2、灭菌情况 培养基的灭菌情况对不同品种的发酵生产的影响是不一样的。 一般随灭菌温度升高、时间延长，对养分的破坏作用愈大。特别是葡萄糖，不宜同其它养分一起灭菌。 4、温度 4、温度 4、温度 4、温度 4、温度 4、温度 4、温度 5、pH值 5、pH值 5、pH值 5、pH值 选择最适pH的准则：获得最大比生长速率和适当的菌量，以获得最高产量。 5、pH值 5、pH值 发酵过程的pH控制 发酵过程的pH控制 6、溶解氧 6、溶解氧 微生物对氧的需求 6、溶解氧 微生物对氧的需求 6、溶解氧 微生物对氧的需求 6、溶解氧 溶氧浓度的变化及其控制 6、溶解氧 溶氧浓度的变化及其控制 pH的控制 （1）调节好基础料的pH。基础料中若含有玉米浆，pH呈酸性，必须调节pH。若要控制灭菌后pH在6.0，灭菌前pH往往要调到6.5~6.8 （2）在基础料中加入维持pH的物质，如CaCO3 ，或具有缓冲能力的试剂，如磷酸缓冲液等 （3）通过补料调节pH ①调节补糖速率、空气流量来调节pH ②当NH2-N低，pH低时补氨水； 当NH2-N低，pH高时补(NH4)2SO4 （4）加酸碱调pH 在生长期和生产期的pH分别控制在6.5和7.0时，可使利福霉素B的产率比整个发酵过程的pH维持在7.0的情况下的产率提高14%。 （5）发酵的不同阶段采取不同的pH值 pH的控制 例：pH对L-异亮氨酸发酵的影响（天津科技大学） 菌株最适生长pH控制在6.8～7.0 (5)发酵的不同阶段采取不同的pH值 5、pH值 pH的控制 不同pH值对菌体的形态影响很大，当pH值高于7．5时，菌体易于老化，呈现球状；当pH值低于6．5时菌体同样受抑制，易于老化。而在7．2左右时，菌体是处于产酸期，呈现长的椭圆形；在6．9左右时，菌体处于生长期，呈“八”字形状并占有绝对的优势。 pH6．9时，菌体生长旺盛，pH7．15时，对菌体的产酸有利。因此，在发酵的产酸期产酸较高。采用阶段pH控制模式进行发酵，在发酵中前期控制pH6.9，到48h后pH值为7．15，到80h后pH值为7．25。产率22．27g·/L，产酸率提高12．23％。 溶解氧(DO)是需氧微生物生长所必需的。在发酵过程中有多方面的限制因素，而溶氧往往最易成为控制因素。 在28℃氧在发酵液中的100%空气的饱和浓度只有0.25 mmol.L-1左右。在对数生长期即使发酵液中的溶氧能达到100％空气饱和度，若此时中止供氧，发酵液中溶氧可在几秒（分）钟之内便耗竭，使溶氧成为限制因素。 （1）、描述微生物需氧的物理量 比耗氧速度或呼吸强度（QO2）：单位时间内单位重量的细胞所消耗的氧气，mmol O2·g-1菌·h-1 摄氧率(r)：单位时间内单位体积的发酵液中的微生物所需要的氧量。mmol O2·L-1·h-1 。 r= QO2 .X X——细胞浓度，kg/L （2）溶解氧浓度对菌体生长和产物形成的影响 CCr: 临界溶氧浓度, 指不影响微生物呼吸所允许的最低溶氧浓度。对产物而言，便是不影响产物合成所允许的最低浓度。 各种微生物的呼吸临界氧值以空气饱和度表示： 细菌和酵母为3%-10%；放线菌为5%-30%，霉菌为10%-15%。 问题：一般微生物的临界溶氧浓度很小，是不是发酵过程中 氧很容易满足？ 例：以微生物的摄氧率0.052 mmol O2·L-1·S-1 计， 0.25/0.052=4.8秒 注意：产物的形成和菌体最适的需氧量常常不一样： 头孢菌素 卷须霉素 生长 5% (相对于饱和浓度） 13% 产物 13% 8% 典型的分批发酵中氧浓度的变化规律 r X Q